ij:是否是二元交互参数 LL:是否是液液
这张图ij?的意思是问有没有二元交互参数。
如果没有,物性方法选择活度系数模型中的基团贡献模型类UNIFAC.; a. r+ Z\ \活度系数模型是UNIQUAC模型的一个扩展模型。它把UNIQUAC用于分子的理论用于了官能团。有限个数的官能团足可以组成无限个不同的分子。与纯组分库中可能需要的组分(500至2000个组分)间交互作用参数的个数相比,可能需要的基团交互作用参数的个数很少。由一个有限的、精选的实验数据集确定的基团间交互作用参数足以能够预测几乎任何组分对间的活度系数。\所以,它能很好的预测VLE的活度系数。但是如果要预测LL数据时,必须使用一个不同的数据集,这个时候你可以用aspen plus自带的UNIFAC-LL.
如果有,物性方法选择分子模型类NRTL\\WILSON\\UNIQUAC.分子模型运行二元交互参数可以灵活准确的模拟许多低压(P<10atm)非理想溶液。但是这里面WILSON不能用于模拟液液(LL)混合物。
正如前面所说的,活度系数方法适用于低压非理想溶液,如果是高压(P>10atm)非理想溶液,应该选用灵活的、有预测性的状态方程,如图所示的sp-polar、特殊混合规则的(ws,hv)方程。图示把这些状态方程归为活度系数法是错误的
aspen模拟中状态方程物性方法的选择
在Aspen模拟中物性方法的选择至关重要,物性方法选择正确与否直接关系到模拟结果的准确性。现向全体海友征集各种物性方法的使用条件、范围及相关注意事项。例如:
性质方法名:WILSON,γ模型名:wilson,气体状态方程:理想气体定律! J* v3 ~+ V1 c$ X7 e/ R f1 m
Wilson 模型属于活度系数模型的一种。适用于许多类型的非理想溶液,但不能模拟液-液分离。可在正规溶液基础上用于模拟低压下的非理想系统。
Wilson 模型可以描述强非理想溶液。该模型不能处理两液相,若有两液相情况下请使用NRTL 或UNIQUAC模型。可以使用Henry 定律模拟超临界气体的溶解度;具有能用于中压以下计算的汽相模型的物性方法。在液体活度系数计算中,使用Poynting(坡印廷)关联式;混合热用Wilson 模型计算。
Wilson 模型能模拟任意极性和非极性化合物的混合物,甚至很强的非理想体系。: y% q8 P' z8 {0 w9 Y3 \\
Wilson 模型被推荐用于高度非理想系统,特别是乙醇--水系统,也可被用于高级的状态方程混合规则中。 3 m6 N2 z2 I\
物性方法的选择。
对于初学者而言,除非他十分熟悉热力学的内容,否则物性方法的选择确实是个难点,在你还没有学习过热力学或者精读过《aspen plus物性方法和模型》手册之前,在这里简要讲一下物性方法。
首先要明白什么是物性方法?比如我们做一个很简单的化工过程计算:一股100℃, 1bar的水-乙醇(50:50摩尔比,100kmol/h)的物料经过一个换热器后冷却到了80℃, 0.9bar, 问下面值分别是多少?1 p8 ^, n% Q) w, h7 R# T# e ·入口物料的密度,汽相分率。0 E: F0 L& {: r* p, \\/ F% m
·换热器的负荷。1 Y0 N, c5 l' d' s' U ·出口物料的汽相分率,汽相密度,液相密度。
复杂一点,我还可以问物料的粘度,逸度,活度,熵等等。以上的值怎么计算出来? 好,我们来假设进出口物料全是理想气体,完全符合理想气体的行为,则其密度可以使用pv=nRT计算出来。并且汽相分率全为1,即该物料是完全气体。由于理想气体的焓与压力无关,则换热器的负荷可以根据水和乙醇的定压热熔计算出来。# ^: s) R6 y4 e$ j# Y3 H
在此例当中,描述理想气体行为的若干方程,就是一种物性方法(aspen plus中称为ideal property method)。简单的说,物性方法就是计算物流物理性质的一套方程,一种物性方法包含了若干的物理化学计算公式。对于本例而言至少包含了如下两个方程:% H* r3 r' ~9 x7 E# \\ pv=nRT( B4 D$ E4 a3 O) k' A2 W
dH=CpdT.7 I- S. V, d5 o/ M x4 F+ }
实际上,以上是一种最简单的计算方法,但结果误差是很大的。这是因为对于“水-乙醇”体系在此两种温度压力下,如果当作理想气体来处理,其误差是比较大的,尤其对于液相。按照理想气体处理的话,冷却后仍然为气体,不应当有液相出现。$ E8 \\\
那么应该如何计算呢?主要涉及以下过程:0 m* d; `0 E# h8 n7 [2 ?* }! b
1)对于汽相pvt计算,可以使用srk方程,从而可以得到密度。液相也可以使用状态方程计算密度,但此处不推荐使用,可以使用Rackett模型计算液相密度。) M; B' N3 {) N, ~' r3 O8 v& ~- j
2)至于物流的相态,则首先需要做汽液平衡计算。9 T* ^& Q3 Y2 M6 b
3)在进行汽液平衡计算时,液相应用活度系数方程计算组分的逸度系数,并且还需要使用拓展antoine方程计算蒸汽压力。
4)换热器负荷的计算比较复杂,可以使用进出口物流焓差来计算,那么需要计算出进出口物流的焓。
5)焓的计算有多种途径,对于液相比较常用的方法是计算理想液体混合物焓,然后再加上过剩焓计算出来。要计算非理想液体混合物过剩焓,则可通过混合物质汽相焓与蒸发焓差来计算,非理想性比较强是还要考虑混合焓差。 由此可见,实际过程至少包含如下公式方程: 1)状态方程srk,# }* B7 I r! [. H0 p 2) 液相密度方程rackett. 3)拓展antoine方程.
4)汽,液相逸度系数方程: Q6 G% Q3 x7 G5 e' g: Y9 u* \\& [ 5)液相活度系数方程
6)汽相焓方程,通过srk方程导出,需要设计纯气体Cp=f(p,t)方程。) _5 U+ V0 C* X+ A& E) o 7)液相焓方程,相当复杂,此处不再重复。
8)其他方程,包括数学方程,比如以上计算时涉及到了微积分运算,汽液平衡的回归运算等。9 x: \\# ]$ u9 E/ p. g
以上方程,如果需要我们用户去一个个选择出来,则是一件相当麻烦的工作,并且很容易出错。好在模拟软件已经帮我做了这一步,这就是物性方法。 对于本例,我们对汽相用了状态方程,srk;液相用了活度系数方程(nrtl,wilson,等),在aspen plus中将此中方法叫做活度系数法,如果你选择nrtl方程,就称为nrtl方法,wilson方程就成为wilson物性方法(wilson property method)。这种物性方法中已经囊括了所有我上面提到的方程公式。
在aspen plus中(或者应该说在化工热力学中)有两大类十分重要的物性方法,对于初学者而言,了解到此两类物性方法,基本上就可以开始着手模拟工作了。
大体而言,根据液相混合物逸度的计算方法的不同,物性方法可以分为两大类:状态方程法和活度系数法。状态方程法使用状态方程来计算汽相及液相的逸度,而活度系数法使用状态方程计算汽相逸度,但是通过活度系数来计算液相的逸度。 ·常见的状态方程有ideal、srk、pr、lk方程以及他们的一些改进方程。状态方程法就是基于此类状态方程来计算逸度,压缩因子,焓等等的物性方法。2 E! d7 a% c5 M5 {. u ·常见的活度系数方程有nrtl、wilson、uniquac等。活度系数法就是基于此类活度系数方程来计算液相逸度,液相焓等的物性方法。4 P9 C* x8 b; P- [( k
一般而言,对于常见的烃类如烷,烯,芳香族,无机气体如O2、N2等非(弱)极性的化合物,选用状态方程法;对于极性强的化合物,如水-醇,有机酸体系选用活度系数法。另外对于汽相聚合的物质,应选用特别的活度系数法,可以计算汽相聚合效应。对于无机电解质体系,选用elecnrtl物性方法。
关于更多更详细的物性方法选择请参考物性方法与模型手册。
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